DE976057C - rocket - Google Patents
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Description
Rakete Die Erfindung betrifft eine Rakete oder eine ähnliche durch Rückstoß von Verbrennungsgasen angetriebene, eine Brennkammer und eine Düse aufweisende Vorrichtung, deren Brennstoff und/ oder Oxydationsmittel in fester Form vorhanden sind.Missile The invention relates to a missile or the like by Recoil driven by combustion gases, comprising a combustion chamber and a nozzle Device whose fuel and / or oxidizing agent are present in solid form are.
Die Abbrenngeschwindigkeit und damit die Schubkraft dieser sogenannten Feststoffraketen wird durch eine entsprechende Mischung von festen Oxydationsmitteln und festen Brennstoffen in feinverteilter, innig vermischter Form bestimmt, wobei zur Erzielung eines möglichst großen Schubes hochkalorische Brennstoffe verwendet werden.The burning speed and thus the thrust of this so-called Solid rocket is made by an appropriate mixture of solid oxidizing agents and solid fuels in finely divided, intimately mixed form determined, wherein high calorific fuels are used to achieve the greatest possible thrust will.
Zwecks leichterer Handhabung wird das Gemisch zu einem festen, als Treibsatz dienenden Preßling komprimiert. Derartige Treibsätze sind aber sehr instabil und besitzen eine nur geringe Lagerfähigkeit. Vor allem ist diesen festen Gemisch-Treibsätzen durch die bei höheren Abbrenngeschwindigkeiten bestehende Explosionsgefahr eine Grenze der Schubleistung und damit ihrer Verwendungsmöglichkeit gesetzt.For ease of handling, the mixture becomes a solid than Propellant used compact compressed. Such propellants are very unstable and have only a short shelf life. Above all is these solid mixture propellants due to the risk of explosion at higher burn-off speeds Limit the thrust performance and thus its possible use.
Diese Nachteile sollen durch die Erfindung behoben werden, gemäß der der Brennstoff und/oder das Oxydationsmittel nicht in feiner Verteilung miteinander vermischt werden, sondern - jeweils voneinander getrennt - in Form mehr oder weniger großer Stücke oder Volumina vorgesehen sind.These disadvantages are to be eliminated by the invention, according to the the fuel and / or the oxidizing agent are not finely divided with one another are mixed, but - separated from each other - in the form of more or less large pieces or volumes are provided.
Im einfachsten Falle können diese Stücke in Form von Stäben, Kuben, Quadern eingesetzt werden, wobei erforderlichenfalls chemisch mit ihnen nicht reagierende Schutzüberzüge, Trennlamellen od. dgl. vorgesehen sein können.In the simplest case, these pieces can be in the form of rods, cubes, Blocks used be, if necessary chemically with Protective coatings, separating lamellas or the like that do not react to them can be provided.
Dadurch, daß kein reaktionsfähiges Gemisch von Brennstoff und Sauerstoffträger vorhanden ist, wird die Gefahr einer Explosion vermieden unter gleichzeitiger erheblicher Steigerung der Schubkraft beim noch zu beschreibenden Abbrennen.Because there is no reactive mixture of fuel and oxygen carrier is present, the risk of an explosion is avoided while at the same time considerable Increase in the thrust during the burn-off to be described.
Gemäß der Erfindung werden die der Brennkammer der durch Rückstoß von Verbrennungsgasen angetriebenen Vorrichtung zuzuführenden brennbaren Gase in einer Schwelkammer erzeugt, wobei die vorzugsweise gasförmigen Oxydationsmittel getrennt von den brennbaren Gasen der Brennkammer zugeführt werden.According to the invention, those of the combustion chamber become the by recoil combustible gases to be supplied by combustion gases driven device in a smoldering chamber generated, the preferably gaseous oxidizing agent fed separately from the combustible gases to the combustion chamber.
In diesem einen geeigneten Schwelkörper enthaltenden Schwelbrenner werden beim Abbrand dieses Schwelkörpers brennbare, flüchtige Substanzen (Gase, Dämpfe oder Aerosole) erzeugt. Der Schwelkörper besteht erfindungsgemäß aus festen, pastenförmigen oder mehr oder minder flüssigen chemisch einheitlichen Verbindungen oder Gemischen derartiger Verbindungen, deren Gehalt an aktivem Oxydationsmittel so bemessen ist, daß einerseits eine stabile unvollkommene Verbrennung und anderseits eine bestimmte Verschwelgeschwindigkeit unter vorgegebenen Bedingungen eingehalten wird.In this smoldering burner containing a suitable smoldering body When this carbon dioxide burns down, flammable, volatile substances (gases, Vapors or aerosols). According to the invention, the cavernous body consists of solid, pasty or more or less liquid chemically uniform compounds or mixtures of such compounds, their content of active oxidizing agent is dimensioned so that on the one hand a stable imperfect combustion and on the other hand a certain smoldering speed is maintained under given conditions will.
Die Schwelprodukte sollten den Schwelkörper vorzugsweise brennend verlassen, ohne daß diese Forderung zwingend wäre. Um ein Fließen eines schmelzenden Brennstoffes zu verhüten, können ihm nicht schmelzende Stoffe - wie z. B. Dextrin od. dgl. - zugesetzt werden.The carbonization products should preferably burn the body leave without this requirement being mandatory. To a flow of a melting To prevent fuel, it can not melt substances - such. B. Dextrin or the like - are added.
Der Schwelbrenner kann als Brennstoff Polymerisate enthalten, in die die zur Aufrechterhaltung des Schwelvorganges erforderlichen Sauerstoffträger eingebaut sind.The smoldering burner can contain polymers as fuel, in which the oxygen carriers required to maintain the smoldering process are incorporated are.
Für den Schwelvorgang kann man verschiedene Abwandlungen wählen. Bei einer Form verläuft er mit einer solchen Wärmetönung, daß eine chemische Substanz unter Abgabe von flüchtigen Oxydationsmitteln - wie z. B. 02, N20 oder anderen Oxyden des Stickstoffes, C12, C102 u. dgl. m. -zersetzt wird.Various modifications can be chosen for the smoldering process. at of a shape it runs with such a warmth that a chemical substance with the release of volatile oxidizing agents - such. B. 02, N20 or other oxides of nitrogen, C12, C102 and the like is decomposed.
Diese Oxydationsmittel können dabei mit anderen Zersetzungsprodukten - wie z. B. H20, N2, HCl u. a. - vermischt sein. Hierbei können sowohl die verschwelende als auch die Oxydationsmittel bildende Substanz Stoffe enthalten, die den Ablauf der betreffenden chemischen Reaktionen in vorgegebener Weise regeln oder unter den gegebenen Bedingungen - z. B. niederer Brennkammerdruck, tiefe Außentemperaturen u. a. -erst ermöglichen.These oxidizing agents can be mixed with other decomposition products - such as B. H20, N2, HCl and others. - be mixed. Both the smoldering as well as the oxidizing agent-forming substance contain substances which the drainage regulate the chemical reactions in question in a predetermined manner or under the given conditions - z. B. low combustion chamber pressure, low outside temperatures i.a. -first enable.
Wie der Schweler zur Erzeugung der brennbaren Gase nur einen geringen Zusatz von zur Aufrechterhaltung des Schwelprozesses erforderlichen Oxydationsmitteln enthalten kann, so kann man in analoger Weise zur Erzeugung der oxydierenden Gase od. dgl. einen Oxydator verwenden, der möglichst wenig Brennstoff enthält, also unter Abgabe von oxydierenden Gasen »schwelt«. Bei einer anderen Ausführungsform des Schwelbrenners werden unter Anwendung des obengenannten Prinzips die Schwelgase und die Oxydationsmittel durch einen gesonderten, Wärme liefernden Satz erzeugt. In diesem Falle ist ein Gehalt an Oxydationsmitteln im Schwelkörper nicht unbedingt erforderlich.Like the Schweler for the production of the combustible gases only a small one Addition of oxidizing agents required to maintain the smoldering process can contain, so you can in an analogous manner to the generation of the oxidizing gases or the like. Use an oxidizer that contains as little fuel as possible, ie "smoldering" with the release of oxidizing gases. In another embodiment of the smoldering burner, the smoldering gases are generated using the above-mentioned principle and generating the oxidizing agents by a separate heat generating set. In this case, a content of oxidizing agents in the cavernous body is not essential necessary.
Bei einer dritten Ausführungsform des Prinzips werden die Schwelgase allein nach der ersten oder zweiten Art erzeugt, während die Oxydationsmittel auf die gleiche oder eine andere Art in einem gesonderten Generator erzeugt oder einem Behälter entnommen werden.In a third embodiment of the principle, the carbonization gases produced alone after the first or second kind, while the oxidizing agent is on the same or a different type produced in a separate generator or a Container can be removed.
Bei der einfachsten Ausführungsform einer Rakete od. dgl. mit Schwelbrenner (vgl. das in Fig. i dargestellte Ausführungsbeispiel) besteht das Gerät aus der Triebwerkskammer K mit einem Zylindermantel T, der sich nach hinten fortsetzt und durch die querverlaufende Zwischenwand Z mit der Ausströmdüse D, verschlossen ist. Die Triebwerkskammer wird durch die Zwischenplatte Z in die eigentliche Brennkammer Bk und den Generatorteil Gt mit dem Schwelkörper S und dem Erzeuger 0 des Oxydationsmittels - im folgenden kurz O-Generator genannt - unterteilt.In the simplest embodiment of a rocket or the like with a smoldering burner (See. The embodiment shown in Fig. i) the device consists of the Engine chamber K with a cylinder jacket T, which continues to the rear and is closed by the transverse partition Z with the discharge nozzle D. The engine chamber becomes the actual combustion chamber through the intermediate plate Z. Bk and the generator part Gt with the cavernous body S and the generator 0 of the oxidizing agent - hereinafter referred to as O generator for short - divided.
Der von dem Schwelkörper S eingenommene Schwelraum und der O-Generator stehen miteinander über die Wärme leitende Trennwand T in Wärmekontakt. Das in dem O-Generator erzeugte Oxydationsmittel kann durch die Düsen D, in die Brennkammer Bk einströmen. Die Zündung erfolgt über den seitlich aus der Wand der Triebwerkskammer K herausragenden Zünder I durch den Pulversatz P, der den kleinen hochkalorischen Pulversatz H in Brand setzt. Dadurch wird von Anfang an ein hoher Druck aufgebaut, durch den das Gerät bis zum Ingangkommen der O-Erzeugung und dem damit verbundenen Beginn des Arbeitens der Rakete angeschoben wird. Die O-Erzeugung setzt mit der Zündung ein und erreicht nach einer bestimmten - möglichst kurzen - Zeit ihren Sollwert.The smoldering space occupied by the cavernous body S and the O generator are in thermal contact with one another via the heat-conducting partition wall T. The oxidizing agent generated in the O generator can flow into the combustion chamber Bk through the nozzles D 1. The ignition takes place via the igniter I protruding laterally from the wall of the engine chamber K through the powder charge P, which sets the small high-calorific powder charge H on fire. As a result, a high pressure is built up right from the start, by means of which the device is pushed until the start of the generation of O and the associated start of the rocket's operation. The generation of O begins with the ignition and reaches its setpoint after a certain - as short as possible - time.
Die von dem Schwelkörper S erzeugten brennenden Schwelgase, die aus der in der Mitte der Zwischenplatte Z angebrachten Düse D, ausströmen, reagieren innerhalb der Brennkammer Bk mit dem Oxydationsmittel, das aus den seitlichen Düsen D, der Zwischenwand Z, die auch zu einer Ringdüse zusammengezogen sein können, strömt. In der Brennkammer Bk findet die eigentliche Verbrennung statt, wobei aber dafür gesorgt ist, daß die Gasdrücke im Generatorteil Gt stets höher sind als in der Brennkammer Bk, weil andernfalls die Verbrennung in den Generatorteil zurückschlagen könnte.The burning carbonization gases generated by the corrosive body S, which from from the nozzle D in the middle of the intermediate plate Z, react inside the combustion chamber Bk with the oxidizing agent coming from the side nozzles D, the partition Z, which can also be drawn together to form an annular nozzle, flows. The actual combustion takes place in the combustion chamber Bk, but this is the case it is ensured that the gas pressures in the generator part Gt are always higher than in the combustion chamber Bk, because otherwise the combustion could hit back into the generator part.
Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel ist die den zylindrischen Schwelkörper S enthaltende Schwelkammer von dem zylinderringförmigen O-Generator 0 umgeben. Innerhalb des Schwelkörpers S kann - wie der in Fig. a dargestellte Querschnitt einer abgewandelten Ausführungsform zeigt - noch ein zylindrischer O-Generator 0I untergebracht sein, oder es können - wie der in Fig. 3 dargestellte Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles zeigt - vier einzelne zylinderförmige Schwelkammern mit Schwelkörpern S innerhalb des zylindrischen, sie allseitig umgebenden O-Generators O angeordnet sein.In the embodiment shown in Fig. I, which is the cylindrical Carboniferous body S containing carbonization chamber from the cylindrical O-generator 0 surrounded. Within the corrosive body S, like the cross section shown in FIG shows a modified embodiment - another cylindrical O-generator OI be housed, or it can - As shown in FIG. 3 Cross-section of a third embodiment shows - four individual cylindrical Smoldering chambers with cavernous bodies S within the cylindrical, surrounding them on all sides O generator O be arranged.
Da die Rakete starken thermischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, müssen sowohl für die Trennwand T als auch insbesondere für die Zwischenplatte Z und die Ausströmdüsen D besonders widerstandsfähige Werkstoffe verwendet werden.Since the rocket is exposed to strong thermal loads, must be used both for the partition T and especially for the intermediate plate Z and the discharge nozzles D particularly resistant materials are used.
Für kurz brennende Geräte kann für die Zwischenplatte Z und die Ausströmdüsen D Graphit als Werkstoff verwendet werden, während für länger brennende Triebwerke eine besondere Kühlung vorgesehen werden muß, beispielsweise die eine oder andere der verschiedenen Arten der sogenannten Regenerativ-, Schwitz- oder Schleierkühlung.For devices that burn briefly, the intermediate plate Z and the discharge nozzles D graphite can be used as a material, while for longer-burning engines special cooling must be provided, for example one or the other the different types of so-called regenerative, sweat or veil cooling.
Als Werkstoff für die Trennwand T kann ein widerstandsfähiges Metall - beispielsweise Stahl - verwendet werden. Um ein möglichst gleichmäßiges Absinken der Brennzone des Schwelkörpers S und der Zersetzungszone innerhalb des O-Generators zu erreichen, wird durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt, daß in der Axialrichtung der hohlzylindrischen Trennwand T keine zu große Wärmeleitung erfolgt, weil dadurch diese Zonen in der Nähe der Trennwand T in unerwünschter Weise nach dem vorderen Ende des Generatorteiles Gt zu ausgebuchtet würden. Zur Erhöhung der Radialleitung kann die Trennwand T beiderseitig mit Rippen versehen werden.A resistant metal can be used as the material for the partition wall T - for example steel - can be used. In order to sink as evenly as possible the burning zone of the corrosive body S and the decomposition zone within the O-generator to achieve, is ensured by suitable measures that in the axial direction the hollow cylindrical partition wall T is not too much heat conduction, because this these zones in the vicinity of the partition wall T in an undesirable manner after the front End of the generator part Gt too full. To increase the radial line the partition T can be provided with ribs on both sides.
Der in der Praxis mögliche ideale Fall ist in Fig. q. schematisch dargestellt, welche an einem Teillängsschnitt des Generatorteils die zweckmäßige jeweilige Lage der Brennzone BZ des Schwelkörpers S und der Zersetzungszone ZZ innerhalb des zylinderförmigen 0-Generators gemäß. dem Ausführungsbeispiel der Fig. i zeigt. Durch geeignete Maßnahmen in der Art und Weise des Aufbaues der Trennwand T und der hierbei verwendeten Werkstoffe läßt sich dieser wünschenswerte Zustand ohne weiteres mehr oder minder vollkommen erreichen.The ideal case possible in practice is shown in FIG. schematic shown, which on a partial longitudinal section of the generator part is the most appropriate respective position of the burning zone BZ of the corrosive body S and the decomposition zone ZZ within of the cylindrical 0 generator according to. the embodiment of Fig. i shows. By suitable measures in the manner of the construction of the partition wall T and the materials used here can be this desirable state without achieve further more or less completely.
Bei den bisher bekannten Pulver-Triebwerken erfolgte die Regelung der Größe des Vorschubs entweder stufenweise, indem von einer Anzahl von Triebwerken wahlweise mehr oder weniger in Betrieb genommen wurden, oder aber durch sogenannte Regeldüsen.The regulation was carried out in the case of the powder engines known up to now the size of the advance either gradually by adding a number of thrusters optionally more or less put into operation, or by so-called Control nozzles.
Bei dem Schwelbrenner-Triebwerk gemäß der Erfindung wird mit unvollkommener Verbrennung im Schweler gearbeitet, so daß durch Steigerung oder Minderung der Menge des der Brennkammer Bk zugeführten Oxydationsmittels eine Erhöhung oder Verminderung der Rückstoßkräfte erzielt werden kann.The smoldering burner engine according to the invention is imperfect Incineration worked in the Schweler, so that by increasing or decreasing the amount of the oxidizing agent supplied to the combustion chamber Bk an increase or decrease the recoil forces can be achieved.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise - wie dies in Fig. 5 schematisch dargestellt ist - ein innerer, axial verschieblicher O-Generator 01 mittels eines Servosystems M über ein von dem Druckfühler D f gesteuertes Regelgerät R mehr oder minder in die Nähe der Brennzone des von dem zylinderringförmigen 0-Generator O umgebenen zylinderringförmigen Schwelkörpers S gebracht und dadurch die Menge des in die Brennkammer eintretenden Oxydationsmittels selbsttätig gesteuert werden.For this purpose, for example - as shown schematically in FIG. 5 - an inner, axially displaceable O-generator 01 can be more or less in the vicinity of the combustion zone of the by means of a servo system M via a control device R controlled by the pressure sensor D f Cylindrical ring-shaped carbonization body S surrounded by a cylindrical ring-shaped 0 generator O and thereby the amount of oxidizing agent entering the combustion chamber can be controlled automatically.
Mit diesem Ausführungsbeispiel soll jedoch keineswegs eine Beschränkung des Steuerungsprinzips zum Ausdruck gebracht werden. So kann beispielsweise auch die teilweise mit einer Isolierwand versehene Schwelkammer drehbar gemacht werden, wodurch der Wärmefluß vom Schwelkörper zum O-Generator verändert wird.However, this embodiment is in no way intended to be a limitation of the control principle. So can for example the smoldering chamber, which is partially provided with an insulating wall, can be rotated, whereby the heat flow from the corrosive body to the O-generator is changed.
Es bedeutet keine Abweichung von dem Prinzip der vorliegenden Erfindung, wenn die Brennkammer Bk von dem Generatorteil Gt getrennt ist, wie dies der Schnitt gemäß Fig.6 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt. Hier ist die Brennkammer Bk mit der Schwelkammer S und dem 0-Generator O durch gesonderte röhrenförmige Zuleitungen E verbunden, in denen ein den Durchfluß steuerndes und eventuell einen freien Austritt nach außen ermöglichendes Regelorgan eingebaut sein kann.It does not mean any deviation from the principle of the present invention if the combustion chamber Bk is separated from the generator part Gt, as the section according to FIG. 6 shows through a further exemplary embodiment. Here the combustion chamber Bk is connected to the carbonization chamber S and the O-generator O by separate tubular feed lines E, in which a regulating element can be installed to control the flow and possibly allow a free exit to the outside.
Anstatt das Oxydationsmittel aus einem festen Satz von Oxydationsmittelträgern herzuleiten, ist es auch möglich, ein flüssiges Oxydationsmittel zu verwenden, das (vgl. Fig. 7) in einem Flüssigkeitstank Ft enthalten ist und der Brennkammer durch die Zuleitungen E und die Einspritzdüsen J zugeleitet wird, wobei es zuvor in an sich bekannter Weise zur Regenerativkühlung der Rakete oder eines ähnlichen Antriebes verwendet werden kann.Instead of deriving the oxidizing agent from a fixed set of oxidizing agent carriers, it is also possible to use a liquid oxidizing agent which is contained in a liquid tank Ft (cf. it can be used beforehand in a manner known per se for regenerative cooling of the rocket or a similar drive.
Der Längsschnitt der Fig. 8 zeigt die Anwendung des Prinzips der Schwelbrenner auf ein Staustrahltriebwerk. Dem im wesentlichen zylindrischen, offenen Ofen Bk ist eine Schwelkammerbatterie SB vorgeschaltet; vor dem eigentlichen Schwelkörper der einzelnen Schwelkammern können Raketensätze R zum Anschieben des Gerätes angebracht sein. Auf der Höhe der Ebene A werden zusätzlich flüssige Brennstoffe in die aufgestaute Luft eingespritzt, die in dem eigentlichen offenen Ofen Bk zusammen mit der unter Druck zugeführten Verbrennungsluft verbrannt werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen stabilen Abbrand zu erzielen, indem die heißen Schwelgase auch bei an sich instabilem Betrieb des Staustrahltriebwerkes als Dauerzünder wirken.The longitudinal section in FIG. 8 shows the application of the smoldering burner principle to a ramjet engine. A smoldering chamber battery SB is connected upstream of the essentially cylindrical, open furnace Bk; In front of the actual cavernous body of the individual smoldering chambers, rocket sets R can be attached to push the device. At the level of level A, liquid fuels are additionally injected into the pent-up air, which are burned in the actual open furnace Bk together with the combustion air supplied under pressure. In this way, it is possible to achieve a stable burn-up in that the hot carbonization gases act as a continuous igniter even when the ramjet engine is in unstable operation.
Claims (1)
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DEP16204A DE976057C (en) | 1956-05-05 | 1956-05-05 | rocket |
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